Расчет выпрямителя

Расчет выпрямителя

ВЫПРЯМИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ - преобразователь переменного электрического тока в постоянный. Обычно выпрямление тока осуществляется электрическим вентилем, по типу которого различают выпрямители электрические: вакуумные, газоразрядные, полупроводниковые, электроконтактные. Применяют в устройствах автоматики и телемеханики, радиотехники (однофазные выпрямители электрические) и для питания мощных промышленных установок (трехфазные выпрямители Требуется рассчитать выпрямитель RН=100 Ом UH=24 В U1=220 В (сеть) Указать параметры трансформатора. Рис. 1 Данная схема является двухполупериодным выпрямителем с удвоением напряжения. Введение. Питание радиоаппаратуры от электросетей переменного тока - наиболее экономичный, удобный и надежный способ электропитания. Но для питания для питания цепей требуется постоянный ток, для этого переменный ток электросети преобразуют в пульсирующий (ток постоянного напряжения, периодически изменяющийся по величине), уменьшая затем пульсации до столь малой величины, что он не создает заметных помех (фона) в громкоговорителе, телефоне, на экране и т. п. Преобразование переменного тока в пульсирующий называется выпрямлением, а сами преобразователи-выпрямителями. Процесс уменьшения пульсаций называется сглаживанием пульсаций и осуществляется сглаживающими фильтрами. Выпрямителем часто называют весь комплекс, в который входят как собственно выпрямитель, так и сглаживающий фильтр. Необходимыми частями выпрямителей являются электрические вентили - приборы, хорошо пропускающие ток в одном направлении и не пропускающие его (или плохо пропускающие) - в другом. В настоящее время используются полупроводниковые выпрямители, где в качестве вентилей применены германиевые или кремниевые диоды. Для питания радиоприемников, телевизоров и усилителей низкой частоты, применяют выпрямители нескольких типов:

- Однополупериодный выпрямитель. Используется там, где требуется ток не более нескольких десятков миллиампер.

- Двухполупериодный выпрямитель. Используется для получения выпрямленного тока более 10 миллиампер.

- Мостовой выпрямитель. Является также двухполупериодным, применяется там, где нужно получить еще большую мощность.

- Выпрямитель с удвоением напряжения. Выгоден тем, что с его помощью можно получать выпрямленные напряжения, значения которых существенно больше действующего значения переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора питания.

Выпрямитель с удвоением напряжения. Выпрямитель состоит из двух диодов, которые работают поочередно; во время полупериодов питающего напряжения одного знака импульсами прямого тока через диод VD1 заряжается конденсатор С1 (Рис.1), а во время полупериодов обратного знака через диод VD2 заряжается конденсатор С2. Так как эти конденсаторы по отношению к нагрузке выпрямителя соединены между собой последовательно, на ней получается удвоенное напряжение.

Расчет 1. Диоды. Выбор типа диодов производят исходя из следующих соображений: обратное напряжение на каждом из диодов не должно превышать максимально допустимого значения даже при наибольшем значении напряжения питающей электросети и при наибольшем выпрямленном напряжении, которое получается при отключении нагрузки от выпрямителя. В нашем случае это условие выполняется, когда Uобр. и макс? 1,7U0 U0=UH=24 В Uобр. и макс? 40,8 B В месте с тем диоды должны удовлетворять условию: Iвп. ср. макс? 1,6I0 , где Iвп. ср. макс - это средний за период ток через диод, при котором обеспечивается его надежная, длительная работа.

I0 - ток через нагрузку: U0=24 B R0=100 Om Полученные параметры диодов Средний за период ток через диод: Iвп. ср. макс? 0,383 A; Обратное напряжение на диоде: Uобр. и макс? 40,8 B. Рассчитаем прямое сопротивление диода в омах по формуле: , где U - падение напряжения на диоде, равное 0,15 В для выпрямителей выполненных с использованием в них германиевых диодов, и 0,25 В при использовании кремниевых диодов.

В нашем случае используются кремниевые диоды, значит U=0,25 B. Получаем rд ? 0,25/0,24 ? 1,04 Ом. Рассчитаем значение мощности тока на входе сглаживающего фильтра Ро : Ро=UoIo=24?0,24=5,76 Вт 2. Параметры трансформатора. Найдем приведенное сопротивление трансформатора rт, поформуле: rт=К1R0, где R0 - сопротивление нагрузки, К1 - коэффициент из номограммы на Рис.2 Рис.2 Для нашей схемы Р0=5,76 Вт, значит коэффициент К1?0,022. Получаем: rд=100?0,022=2,2 Ом. Сопротивление диодов переменному току вычисляют по формуле: r~= rт+rд=2,2+1,04=3,24 Ом По отношению с помощью графика на рис. 3, найдем Рис. 3 вспомогательный коэффициент К3 и определим по формуле: Е11=К3?U0 э. д. с. вторичной обмотки трансформатора: По графику находим К3 ? 0,5, Вычислим Е11=0,5?24=12 В, следовательно для того что бы на нагрузке было 24 В, нужен трансформатор, с напряжением вторичной обмотки 12 В.

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определим по формуле: ; Полученные параметры трансформатора: Приведенное сопротивление трансформатора rт=2,2 Ом; Э. д. с. вторичной обмотки трансформатора Е11=12 В; Действующее значение тока вторичной обмотки I11=0,8 A. Расчет конденсаторов. Номинальное напряжение электролитических конденсаторов С1 и С2 должно быть не менее вычисленного по формуле: UНОМ?K4?E11.

При использовании конденсаторов К50-7 с UНОМ? 400 В принимаем в этой формуле коэффициент K4 равным 1,3 , а при использовании конденсаторов всех других типов и номинальных напряжений K4=1,5. Возьмём конденсатор типа К50-7 , тогда UНОМ должно быть ? 1,3?12=15,6 В. Чтобы коэффициент пульсации напряжения не превышал значения РН=0,05, он должен иметь ёмкость не менее вычисленной по формуле: Полученные параметры конденсаторов: Номинальное напряжение UНОМ=15,6 В; Нужная емкость С=3000 мкФ. Данным условиям удовлетворяет электролитические конденсаторы К50-7 3300 Мкф номинальным напряжением 25 В.

Подбор элементов:
1. Диоды - должны удовлетворять следующим условиям: Iвп. ср. макс? 0,383 A и Uобр. и макс? 40,8; этим двум условиям удовлетворяет диод типа КД204В, у которого Iвп. ср. макс=0,6 А, а Uобр. и макс=50 В.

2.Конденсаторы должны удовлетворять условиям:
Ёмкость С=3000 мкФ: Номинальное напряжение UНОМ=15,6 В. Этим условиям удовлетворяют электролитические конденсаторы С номинальным напряжением больше 16 В и ёмкостью больше 3000 МкФ.

Данным условиям удовлетворяет электролитические конденсаторы К50-7 3300 Мкф номинальным напряжением 25 В. 3. Используемый трансформатор должен иметь параметры: Напряжение вторичной обмотки 12 В; Сопротивление вторичной обмотки 2,2 Ома; Ток вторичной обмотки 0,8 А. Удовлетворяет заданным параметрам т. е. имеет коэффициент пульсации меньше 0,05, выходное напряжение 24 В, если взять элементы: диоды VD1-VD2 - КД204В, у которого Iвп. ср. макс=0,6 А, а Uобр. и макс=50 В. Конденсаторы С1-С2 К50-7 емкостью 3300 Мкф и напряжением 25 В. Трансформатор должен удовлетворять следующим условиям: напряжение на вторичной обмотке - 12В, сопротивление вторичной обмотки 2,2 Ома, ток вторичной обмотки 0,8 А. Солодянкин А. Н.